DE2011326B2

DE2011326B2 - COLOR-SPLITTING PRISM SYSTEM FOR A COLOR TELEVISION CAMERA

Info

Publication number: DE2011326B2
Application number: DE19702011326
Authority: DE
Inventors: Sing Liong Eindhoven Tan (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-03-25
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1976-10-07
Also published as: CH510272A; AT289914B; NL160398C; CA946194A; ES377826A1; NL6904618A; JPS4830165B1; NL160398B; GB1251482A; DE2011326A1; AR194705A1; SE349923B; FR2039982A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein farbspaltendes frismensystem für Farbfernsehkameras, das dichroilische Schichten und mindestens einen Luftspalt entfcält, wobei die dichroitischen Schichten mit einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Winkel von weniger als 30° einschließen, welche Schichten von den das Prismensystem durchlaufenden Lichtstrahlen nacheinander getroffen werden, wobei an der betreffenden Schicht Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektiert wird.The invention relates to a color-splitting frism system for color television cameras, the dichroic Layers and at least one air gap unfolds, the dichroic layers with a Plane perpendicular to the optical axis include angles of less than 30 °, which layers of the light beams passing through the prism system are hit one after the other, with the relevant Layer light of a certain wavelength range is reflected.

Aus der USA-Patentschrift 3 202 039 ist ein derartiges Prismensystem bekannt, bei dem das einfallende Licnt ein erstes Prisma durchläuft, das auf der Rückseite mit einer dichroitischen Schicht versehen ist, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, z. B blaues Licht, reflektiert. Das diese dichroitische Schicht passierende Licht durchlauf! ein zweites Prisma, das auf der Rückseite mit einer dichroitischen Schicht versehen ist. die nur Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, z. B. rotes Licht, reflektiert. Nach Durchgang durch die beiden dichroitischen Schichten ist eine dritte Komponente des einfallenden Lichts, und zwar die grüne Komponente, übri;: geblieben. Das reflektierte blaue und das reflektierte rote Licht treten, nach Reflexion an einer total reflektierenden Schicht, z. B. einem Luft-Glas- 6n Übergang, aus den Prismen heraus. Die aus dem Prismensyslem heraustretenden blauen, roten und grünen Lichtkomponenten können dann verschiedenen Aufnahmeröhren zugeführt werden, wie dies 7. B. in einer Farbfernsehkamera der Fall ist.Such a prism system is known from US Pat. No. 3,202,039, in which the incident Licnt passes through a first prism, which is provided with a dichroic layer on the back is, the light in a first wavelength range, z. B blue light, reflected. That this light passing through dichroic layer! a second prism that has a dichroic layer is provided. which only light in a second wavelength range, e.g. B. red light, reflected. After passing through the two dichroic layers, there is a third component of the incident light, namely the green component, remaining ;: remained. The reflected blue and that reflected red light occurs after reflection on a totally reflective layer, e.g. B. an air-glass 6n Transition, out of the prisms. The blue, red and green light components can then be fed to different pickup tubes like this 7. B. is the case in a color television camera.

In einer derartigen Kamera werden oft Röhren vom »Plumbikon'<-Typ als Aufnahmeröhren ver-In Fig. 1 stellen die Kurven 1,2 und 3 die angestrebten relativen spektralen Empfindlichkeitsverleilungen der drei Farbkanäle rot, grün und blau (R, G, B) in einer Farbfernsehkamera mit »Plumbikon«-Röhren dar. Unter »Kanal« ist ein Lichtweg zu verstehen, der eine dichroitische Schicht und diejenige Aufnahmeröhre enthält, die vom Licht einer an dieser Schicht reflektierten Wellenlänge getroffen wird. Die Kurve4 der Fig. 1 stellt die spektrale Empfindlichkeitskurve der »Plumbikon«-Röhre für eine Farbtemperatur von 32OOK dar. Wäre die Farbenspaltung in der Fernsehkamera ideal, so hätten infolge des Verlaufs der spektralen Empfindlichkeitskurve 4 des »Plumbikons« die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der drei Kanäle R, G, B einen Verlauf entsprechend den Kurven 5, 6 und 7, wobei die Kurve 6 mit der Kurve 2 zusammenfällt. Es tritt also eine sehr ungleichmäßige Verteilung über die Kanäle auf. Die durch die Kurven 5,6 und 7 und durch die Abszisse des Koordinatensystems begrenzten Flächen sind einander keineswegs gleich. In der Praxis stellt sich heraus, daß der steile Abfall der idealen Kurven 1, 2 und 3 sich nicht mit dichroitischen Schichten verwirklichen läßt, wodurch auch nicht die für das »Plumbikon« idealen Kurven 5, 6 und 7 erzielt werden können. Um dennoch den gewünschten Kurvenverlauf zu erhalten, werden auf den Prismen Absorptionsfilter angebracht. Da diese Filter aber nicht verlustfrei sind, müssen die Kurven 1,2 und 3, und somit auch die für das »Plumbikon« idealen Kurven 5, 6 und 7, durch Kurven ersetzt werden, deren Maxima niedriger liegen. Namentlich im blauen Kanal sind die Verluste groß, da, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, das Filter 29 in diesem Falle das parasitäre Bild 34, das infolge der Reflexion an dem Luft-Glas-Übergang im Luftspalt 25 auftritt, unterdrücken muß. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung für den blauen Kanal entsprich! dann einer Kurve 10, deren Maximum erheblich niedriger als das der Kurve 7 liegt.In such a camera tubes of the "plumbicon" type are often used as receiving tubes. In Fig. 1, curves 1, 2 and 3 represent the desired relative spectral sensitivity distributions of the three color channels red, green and blue (R, G, B) in a color television camera with »plumbicon« tubes. The term »channel« is to be understood as a light path that contains a dichroic layer and the receiving tube that is hit by the light of a wavelength reflected on this layer. Curve 4 of FIG. 1 represents the spectral sensitivity curve of the "plumbicon" tube for a color temperature of 320K. If the color splitting in the television camera were ideal, the spectral sensitivity distributions of the three channels would be due to the course of the spectral sensitivity curve 4 of the "plumbicon" R, G, B show a course corresponding to curves 5, 6 and 7, curve 6 coinciding with curve 2. There is therefore a very uneven distribution over the channels. The areas delimited by the curves 5, 6 and 7 and by the abscissa of the coordinate system are by no means equal to one another. In practice it turns out that the steep drop in the ideal curves 1, 2 and 3 cannot be achieved with dichroic layers, which means that the ideal curves 5, 6 and 7 for the "plumbicon" cannot be achieved either. In order to still obtain the desired curve shape, absorption filters are attached to the prisms. However, since these filters are not loss-free, curves 1, 2 and 3, and thus also curves 5, 6 and 7, which are ideal for the "plumbicon", must be replaced by curves whose maxima are lower. The losses are particularly high in the blue channel, since, as shown in FIG. 2, the filter 29 must in this case suppress the parasitic image 34 which occurs as a result of the reflection at the air-glass transition in the air gap 25. The spectral sensitivity distribution for the blue channel corresponds! then a curve 10, the maximum of which is considerably lower than that of curve 7.

Statt der idealen Kurven 1, 2 und 3 werden in der Praxis in einer Farbfernsehkamera mit einem farbenspaltenden Prismensystem für die relativen spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der drei Kanäle R. G, B die Kurven 8, 9 bzw. 10 erhalten. Die Unterschiede zwischen den Kurven 1, 2 und 3 und den Kurven 8, 9 und 10 werden also herbeigeführt durch: die spektralen Empfindlichkeitskurven der »Plumbikon«-Röhren,Instead of the ideal curves 1, 2 and 3 are in practice in a color television camera with a color-splitting Prism system for the relative spectral sensitivity distributions of the three channels R. G, B obtain curves 8, 9 and 10, respectively. The differences between curves 1, 2 and 3 and the Curves 8, 9 and 10 are thus brought about by: the spectral sensitivity curves of the »Plumbikon« tubes,

die nicht-idealen Reflexionskurven der dichroitischen Schichten.the non-ideal reflection curves of the dichroic layers.

die nicht-verlustfreien Absorptionsfilter.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß, wenn der Photostrom für eine Röhre vom »Plumbikon«- Typ für weißes Licht auf 100 °/o gesetzt wird, in rotem Licht 12 °/o, in grünem Licht 24 °/o und in blauem Licht 9 °/n Stromanteil verbleibt, so daß die Signalausbeute des einfallenden Lichts nur 45 °/n ist. Außer der niedrigen Ausbeute gibt es noch den Nachteil, daß die drei Aufnahmeröhren verschiedene Arbeitspunkte haben. Der Arbeitspunkt ist ein Punkt, der auf der Kurve liegt, die den Photostrom als Funktion der Beleuchtungsstärke darstellt, welcher Punkt durch die maximal zu erwartende Luminanz bestimmt wird. Infolge der verschiedenen Arbeitspunkte haben die drei Aufnahmeröhren verschiedene Trägheiten. Dadurch werden bei der Aufnahme ^r,ich bewegender Gegenstände gefärbtethe non-lossless absorption filters.
In practice it has been found that if the photocurrent for a tube of the "plumbicon" type is set to 100% for white light, 12% in red light, 24% in green light and 24% in blue Light 9 ° / n current component remains, so that the signal yield of the incident light is only 45 ° / n. In addition to the low yield, there is also the disadvantage that the three pick-up tubes have different operating points. The working point is a point that lies on the curve that represents the photocurrent as a function of the illuminance, which point is determined by the maximum expected luminance. As a result of the different working points, the three pick-up tubes have different inertia. This will ^r while shooting, I colored moving objects

Striche erhalten. Dies ist namentlich für den blauen Kanal störend, auch weil das »Plumbikon« statistisch in diesem Kanal oft kein oder wenig Licht empfängt. Signale, in denen die blaue Komponente des Spektrums klein ist, treten ja oft auf Das betreffende »Plumbikon« weist dann eine zusätzliche Trägheit auf.Preserved strokes. This is named for the blue one Channel disruptive, also because statistically the »Plumbikon« often receives little or no light in this channel. Signals in which the blue component of the spectrum is small often occur. That in question »Plumbikon« then shows an additional inertia.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Lichtausbeute zu verbessern und die Arbeitspunkte der Aufnahmeröhrein aneinander anzugleichen, so daß größere Trägheitsunterschiede vermieden werden. The invention is based on the object of improving the light yield and the working points to align the pickup tube with each other, so that greater differences in inertia are avoided.

Mit einem Prir.mensystem der eingangs erwähnten Art wird dies erreicht, wenn gemäß der Erfindung mindestens eine zusätzliche, in mindestens einem anderen Spektralbereich teilweise reflektierende Schicht vorgesehen ist, die auf eine hinter dem Luftspalt befindliche Fläche aufgebracht ist, und wenn eine lineare Matrix vorgesehen ist, die aus dem Summensignal der Aufnahmeröhren das dem jeweilieen Farbanteil entsprechende Signal bildet.With a system of the type mentioned at the beginning, this is achieved if, according to the invention, at least one additional layer, which is partially reflective in at least one other spectral range, is provided, which is applied to a surface located behind the air gap, and if a linear matrix is provided , which forms the signal corresponding to the respective color component from the sum signal of the pick-up tubes.

Durch die Art der Farbteilung werden an den einzelnen Ausgängen erheblich stärkere Lichtströme erhalten; diese aber enthalten nicht nur die betreffende Farbkomponente. Die Trennung der einzelnen Farbsianale erfolst dann aus dem Summensignal der Aufnahmeröhren mittels einer linearen Matrix. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei Verwendung dreier Kanäle A. B und C, deren spektrale Emnfindlichkeitskurven eine lineare Kombination der spektralen Empfindlichkeitskurven der Kanäle R, G und B sind, die Luminanzen der Röhren einander genauer gleich gemacht werden. Der Aufnahmeröhre für »Blau« kann dann z. B. auch noch ein Teil »Weiß« zugeführt werden. Auch kann der Aufnahmeröhre für »Rot« noch ein Teil »Grün« zugeführt werden.Due to the type of color division, considerably stronger luminous fluxes are obtained at the individual outputs; however, these do not only contain the relevant color component. The separation of the individual color signals then takes place from the sum signal of the pick-up tubes by means of a linear matrix. This makes use of the fact that when three channels A. B and C are used, the spectral sensitivity curves of which are a linear combination of the spectral sensitivity curves of channels R, G and B , the luminances of the tubes are made more exactly equal to one another. The tube for "blue" can then z. B. a part of "white" can also be added. A part of “green” can also be fed to the tube for “red”.

Infolgedessen wird eine größere Gleichheit der Arbeitspunkte der Röhren erhalten. Auch werden die Trägheiten einander genauer gleich gemacht, und zwar gleich der kleinsten Trägheit.As a result, a greater equality of the working points of the tubes is obtained. Also be the indolence made more exactly equal to one another, and indeed equal to the smallest indolence.

Mit Hilfe einer linearen Matrix werden dann aus den Signalen der Aufnahmeröhren in den Kanälen A. B und C einfach wieder die Signale erhalten werden, die in den Aufnahmeröhren der Kanäle R. G und B entstehen.With the help of a linear matrix, the signals that arise in the pick-up tubes of channels R, G and B are then simply obtained again from the signals of the pick-up tubes in channels A. B and C.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es aus der deutschen Auslegeschrift 1 202 823 an sich bekannt ist. aus den Farbsignalen R. G. B mittels einer linearen Matrix ein Helligkeitssignal zu erhalten.For the sake of completeness, it should be noted that it is known per se from German Auslegeschrift 1 202 823. to obtain a brightness signal from the color signals R. G. B by means of a linear matrix.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in derThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which

F i g 2 ein Ausführungsbeispiel eines bekannten farbenspaltenden Prismensystems zeigt, undFIG. 2 shows an exemplary embodiment of a known color-splitting prism system, and

F i g. 3 eine Ausführungsform eines derartigen Systems nach der Erfindung darstellt.F i g. Figure 3 illustrates an embodiment of such a system according to the invention.

In Fig. 2 wird die blaue Komponente des über das Objektiv 20 einfallenden Lichts 32 von der auf der vom Objektiv abgekehrten Seite des Prismas 21 angebrachten dichroitischen Schicht 24 reflektiert. Der übrige Teil des Lichts passiert die dichroitische Schicht, durchläuft den Luftspalt 25 und tritt in das zweite Prisma 22 ein. Auf der vom Objektiv abgekehrten Seite dieses Prismas befindet sich eine dichroitische Schicht 26, die nur rotes Licht reflektiert. Von dem auf das farbenspaltende Prismensystem einfallenden Licht ist nun die grüne Komponente übrig geblieben, die ein drittes Prisma 23 durchläuft, das direkt auf dem zweiten Prisma festgekittet ist. Weil die spektralen Empfindlichkeiten der betreffenden Aufnahmeröhren in Vereinigung mit der selektiven Wirkung der farbenspaltenden Schichten nicht völlig gemäß den erwünschten Kurven verlaufen, sind Korrekturfilter 29, 30 und 31 angebracht. Derartige Filter haben den Nachteil einer niedrigen Signalausbeute des einfallenden Lichts.
In dem Prismensystem nach F i g. 3 wird die blaueIn FIG. 2, the blue component of the light 32 incident via the objective 20 is reflected by the dichroic layer 24 applied on the side of the prism 21 facing away from the objective. The remaining part of the light passes the dichroic layer, passes through the air gap 25 and enters the second prism 22. On the side of this prism facing away from the lens there is a dichroic layer 26 which only reflects red light. The green component is now left of the light incident on the color-splitting prism system, which passes through a third prism 23 which is cemented directly onto the second prism. Because the spectral sensitivities of the relevant pick-up tubes in combination with the selective effect of the color-splitting layers do not follow the desired curves completely, correction filters 29, 30 and 31 are attached. Such filters have the disadvantage of a low signal yield of the incident light.
In the prism system according to FIG. 3 becomes the blue one

ίο Komponente des einfallenden Lichts 57 wieder von der dichroitischen Schicht 44 des Prismas 4 i reflektiert. Das die Schicht 44 passierende Licht durchläuft den Luftspalt 45 und fällt dann auf die teilweise reflektierende auf der Seite 49 des Prismas 42 angebrachte Schicht. Die von der dichroitischen und von der teilweise reflektierenden Schicht zurückgeworfenen Strahlen treten nach Reflexion an einer total reflektierenden Schicht 48 aus dem Prisma 41 heraus und fallen auf die Aufnahmeröhre für »Blau« 54 auf. Diese Röhre empfängt dann, im Vergleich zu der Röhre 37 der Fig. 2, eine zusätzliche Menge Licht, z. B. 10 % Licht der Zusammensetzung Weiß-Blau, wenn die Schicht zu 10°/« neutral reflektierend ist.ίο component of the incident light 57 again from the dichroic layer 44 of the prism 4 i is reflected. The light passing through layer 44 passes through the air gap 45 and then falls onto the partially reflective one on the side 49 of the prism 42 attached layer. Those reflected from the dichroic and partially reflective layers After reflection at a totally reflective layer 48, rays emerge from the prism 41 out and fall on the tube for "blue" 54. This tube then receives, compared to the tube 37 of Fig. 2, an additional amount of light, e.g. B. 10% light of the composition white-blue, if the layer is 10% neutrally reflective.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 1 die Kurve Π für die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Kanals, in dem sich diese Röhre befindet, dargestellt. Diese Kurve ist dadurch erhalten, daß zu der Kurve 7 10 %> der Kurven 5 und 6 addiert wird. Der AbfallFor clarification, the curve Π for is in Fig. 1 the spectral sensitivity distribution of the channel in which this tube is located is shown. These The curve is obtained by adding 10%> to curve 7 of curves 5 and 6 is added. The trash

3^ der Kurve 11 ist weniger steil als der der Kurve 7. Dieser weniger steile Abfall kann in diesem Falle mit dichroitischen Schichten erreicht werden, so daß kein Absorptionsfilter benötigt wird, während die Signalausbeute gesteigert wird. Ferner ist die durch die Kurve 11 und die Abszisse des Koordinatensystems begrenzte Fläche größer als die durch die Kurve 10 und die Abszisse begrenzte Fläche. Diese Vergrößerung wird hauptsächlich auf Kosten der durch die Kurve 6 für »Grün« und die Abszisse begrenzte Fläche erreicht. Mit anderen Worten, die Zunahme des blauen Signals geht mit der Abnahme des grünen Signals einher. Der Arbeitspunkt der Aufnahmeröhre für »Blau« kommt dem der Aufnahmeröhre für »Grün« näher zu liegen. Das heißt, daß die Trägheit der Aufnahmeröhre für »Blau« herabgesetzt wird.3 ^ of curve 11 is less steep than that of curve 7. This less steep drop can be achieved in this case with dichroic layers, so that no Absorption filter is required while the signal yield is increased. Furthermore, the through the Curve 11 and the abscissa of the coordinate system are larger than the area delimited by curve 10 and the area bounded by the abscissa. This enlargement is mainly at the expense of the Curve 6 for "green" and the area bounded by the abscissa are reached. In other words, the increase of the blue signal goes hand in hand with the decrease of the green signal. The working point of the pickup tube for "blue" comes closer to that of the tube for "green". That is, the indolence the tube for "blue" is reduced.

Zur Steigerung der Lichtstärke auf der Aufnahmeröhre für »Rot« auf Kosten der Lichtstärke auf der Aufnahmeröhre für »Grün« kann auch noch ein Luftspalt 47 zwischen den Prismen 42 und 43 ausgespart sein; eine teilweise reflektierende Schicht kann dann auf der Seite 50 des Prismas 43 angebracht sein. Wenn die teilweise reflektierende Schicht zu 10% neutral reflektierend ist, empfängt die Aufnahmeröhre für »Rot« außer rotem Licht auch noch 10 Vo grünes Licht.To increase the light intensity on the tube for »red« at the expense of the light intensity on the An air gap 47 between the prisms 42 and 43 can also be cut out for the "green" receiving tube be; a partially reflective layer can then be applied to side 50 of prism 43 be. When the partially reflective layer is 10% neutrally reflective, receive the tube for "red" not only has red light but also 10 Vo of green light.

Die teilweise reflektierenden Schichten brauchen nicht über ihre ganze Oberfläche reflektierend zu sein, sondern können durch eine durchsichtige Schicht gebildet werden, auf der kleine reflektierendeThe partially reflective layers do not need to be reflective over their entire surface but can be formed by a transparent layer on which small reflective

6u Gebiete angebracht sind, derart, daß z.B. 10ⁿ/₀ des auf die Schicht auffallenden LichK reflektiert wird.6u areas are attached in such a way that, for example, 10 ⁿ / ₀ of the LichK incident on the layer is reflected.

Ein Nachteil der teilweise reflektierenden Schichten könnte darin bestehen, daß bei einer bestimmten Breite des Luftspalts zwei Bilder auf die Aufnahmeröhre projiziert werden. Der gegenseitige Abstand dieser Bilder wird durch die Breite des Luftspalts bestimmt. Dieser Nachteil kann dadurch behobenA disadvantage of the partially reflective layers could be that with a certain Width of the air gap two images are projected onto the pickup tube. The mutual distance these images is determined by the width of the air gap. This can remedy this disadvantage

werden, daß der Luftspalt derart schmal gewählt wird, daß die Bilder, die durch Reflexionen an der teilweise reflektierenden Schicht und an der dichroitischen Schicht entstehen, einander derart nahe liegen, daß das System sie nicht mehr voneinander unterscheiden kann und sie als ein einziges Bild wahrnimmt.be that the air gap is chosen so narrow that the images caused by reflections on the partially reflective layer and arise at the dichroic layer, are so close to each other, that the system can no longer distinguish them from one another and see them as a single image perceives.

Versuche haben ergeben, daß durch die Anbrin gung zweier zu 10% neutral reflektierender Schien ten der in Strom umgesetzte Lichtanteil bei einei erfindungsgemäßen Vorrichtung auf 75 % gesteiger werden kann, was eine erhebliche Verbesserung is im Vergleich zu der Ausbeute von 45 % bei be kannten Vorrichtungen.Tests have shown that by attaching two 10% neutrally reflective rails The proportion of light converted into electricity increased to 75% in a device according to the invention which is a significant improvement compared to the 45% yield of be knew devices.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

't claims:

1. Color-splitting prism system for color television cameras, which contains dichroic layers and at least one air gap, the dichroic layers enclose angles of less than 30 ° with a plane perpendicular to the optical axis, which layers are hit one after the other by the light rays passing through the prism system, with the relevant layer light of a certain wavelength range is reflected, characterized in that at least one additional layer is provided which is partially reflective in at least one other spectral range and is applied to a surface (49, 50) located behind the air gap (45, 47), and that a linear matrix is provided which forms the signal (R, G, B) corresponding to the respective color component from the sum signal of the pick-up tubes (A, so B, C).

2. Color-splitting prism system according to claim I, characterized in that said Layer of a transparent layer with light-reflecting areas applied thereon consists.

3. Color-splitting prism system according to claim 1 or 2, characterized in that the mentioned layer is neutrally reflective.